CN101353020A - 回收轨道车辆制动能量的系统、变电站、方法和轨道车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道车辆的制动能量回收系统,包括多个变电站Sk,相互之间的间距为Dk,每个变电站与其自身制动能量回收区域Zfk联系,其中,不管轨道车辆在区域Zfk中位置如何,变电站Sk能够回收至少一部分轨道车辆的制动能,制动能量回收区域Zfk设定为供电线(6)的一个区段【LGfk;LDfk】,该区段以变电站Sk的连接点Pk为中心,其限制LGfk、LDfk在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Fk,Fk等于(UCmax-UC3mink)/(ρlmax)。限制值UC3mink使得距离Fk大于或者等于Dk/2。

Description

回收^il车辆制动能量的系统、

变电站、方法和^il车辆

技术领域

本发明涉及一种用于回收M车辆制动能量的系统、具有静态转换器的变 电站和方法,以及用于该系统的斩道车辆。

背景鉢

申请人熟悉的^il车辆的供电系统以及制动能量回收系统包拾

-至少一M电线,沿着4iii^伸以便向在4fetJii^行的^ii车辆供给电

力,

-多个变电站Sk,用于回收制动能量,这些变电站相互之间的间隔距离Dk 大于100m,每个变电站Skxjfc^接点Pk处电连接至供电线并具有:

电转换器,能够将电^^己电网^#输到供电线,并JU^供电线传输到配 电网络以便回收4/cit车辆的制动能量,

用于连接点Pk区域的电压Usk的传感器或者4古计器,

用于控制电转换器的模块,只要测量或者估计的电压Ussk大于门限值Uc3k, 该微能够使电转换器自动转换到再生模式,在该再生模式中,电转换11#^ 3tMf电負^w供电线传输到配电网络来回收i^ii车辆的制动能量,这,个变电 站都与其各自的制动能量回收区域Zfu相关联,其中,不管^it车辆在该区域 内的位置4W可,变电站Sk都能回jRil个4^t车辆的至少"一l^^动能量。

制动能量回收区域Zft被定义为供电线的一个区段【LGfu; LmJ,该区段以 点Pk为中心,其限制值Lok、 LDfc在点Pk的"H^和另-H^的间隔距离为Fk,

Fk等于(Uc鹏-Uc3齒k)/ (pUj,其中,

U c是供电线上允许的最大非永久电压,

U 03„^是在#^变电站期间门限值Uak可以取的最小值, P是每扭狄的供电线的电阻值, l自是供电线上的最大允许电流强度。

在说明书的剩^分,使用的术语;W"有在^itit输领域中的通常含义。 特别的,例如供电线上的最大非永久电压、标称电压或者最小允许非永久电压 在欧洲标准EN50163/CEI60850中M^。

当供电紋悬錄的时候,供电线上的每扭狄的电严且值包括平行* 或奢'鹏"的每#狄的电阻。

这种状况下的供电线指高架悬g和第三^iiit两者,斩道车辆的集电弓 ^itit^擦高架悬,获得电能,而第三^it被沿着^i车辆的斩道布置。在 第三^it的情况下,集电弓架被称为"集流^K"。

为了制动M车辆,可以控制^it车辆的牵引马达使它作为发电M转。 由马达产生的电淑皮传彩'J供电线。这被称为是制动能量。

这种制动能量由临近的其它斩道车辆或者可逆的变电站来使用。

当变电站消耗制动能量的时候,^^动能量从供电线传it^配电网络, it才羊就可以用于M的目的。

但是,通常和特别的,在操怍的非高峰时间,由斩il车辆产生的制动能量 在附近没有消耗者。更精确的,当^Lii车辆在供电线上产生制动能量的时候, 这种能量的电压为集电弓电压水平的电压UT。该电压值UT不^^过预定的门 限值Uc。另一方面,变电站Sk只f化其处于比门限值Uc3^大的电压lU 的情况下才可以消耗制动能量。因此可以理解,变电站Sk在理论上只負腺其与 4iit车辆之间的距离小于距离Fk的情况下才可以从4^1车辆消耗制动能,即,

小于(U Uc3^)/ (pimax)的情况。

如果情;W目反,也^?i说,如果所有的变电站^于与正在制动的斩道车 辆相-E^过Fk的位置的话,制动能J^U^皮消耗。^些情况下,供电线上产 生的制动能量在集电弓水平的供电线上的电压uT的增加时变得很明显。为了阻

止电压UT超过门限值U Cmax, 4^的^ii车辆中,只要电压UT超过了一个 低于门P艮值U c鹏的阈值UTG, ^ii车辆停錄供电线上产生制动能量并以热 能的形式将制动能量消^车栽的可变电阻器中。为了安全的原因,门P艮值Urc

^^择为比阈值Uc小很多。结果就是,需^MME制动的轨道车辆从变电站

分离的最;^巨离事实上小于(UTG-Uc3幽u)/ (pUx)。在已知的不iMI并m变器

控制的整流器系统中,例如,电压差值UTC-Uc3一是标浙橫电压的7Q/。。因此

将jL^制动的^ii车辆与消M分离的距离与距离Dk相比非常小。这样小的距

离导致了,被车辆的很大""^^^动能量没有被回收。因itbit作为电能的急 剧损失非常明显。

本发明的目的是提^f^^种回收电制动能量的系统来^JUi迷问题,该系统 限制了可变电阻器的使用并因此限制了电能的急剧损失。

因此,本发明涉及一种制动能量回收系统,其中,P艮制值Uc3^使得距离

Fk大于或者等于Dk/2。

在上述的系统中,因为距离Fk大于或者等于Dk/2,不管4iii车辆沿着供电 线的位置^f可,其至少处于变电站的区域Zft中。^Lit样的情况下,不管^il车 辆沿着供电线的位置:M可;tPT以回收制动能量,这使得回收的制动能量的量增 加。甚至可能回收至少99%的制动能量,并因此可以从^ii车辆上去除用于消 耗制动能量的可变电阻器。上迷的系统因此允许简化^t车辆的结构并允许节 约车辆的重量,il^节约能量的附加因素。

本系统的实施例包桐口下的特征:

限制值Uc3油k使得距离Fk大于或者等于Dk。

制动能量回收系统的实施例进一步包括以下的优势:

选择限制Uc3牆k使得距离Fk大于或者等于Dk确保了 ,即^f化变电站Sk出 现故障的情况下,变电站Sw和Sw将可以用于回收制动能量,而不管"制动 的斩道车辆M两个变电站Sw和Sk+1之间的位置:H可。这也使得两个相邻的变 电站同时用于回收制动能量并因此允许对制动能量回收进行分享。

本发明还涉及一种变电站,用于回收可在上迷的系统中使用的勒il车辆的 制动能量。

这个变电站的实施例包^-个或者多个以下的特征: 电转换器可以将电^^Si电网络向供电线传输来向^1车辆提供牵引力,

这样,变电站Sk也与区域Ztk相关联以便向^ii车辆提供牵引,不管^it车辆

在区域中的位置如何,变电站Sk可以向斩道车辆的电牵引马达提供动力, 牵引條区域Z^是供电线的以Pk为中心点的【LGtk; L她】区段,其限制值 Lctk、 Lda在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Tk, Tk等于(U,^-U Cmin)/ (pl隨),其中:

lUaxuA^ 了向^il车辆提供牵引,变电站Sk的电转换器在Pk点的区域中 能产生的最大电压,

Uonin是供电线上的最小允许的非永久电压,限制值IU她使得距离Tk大

于或者等于Dk/2或者Dk,

只要测量或者估计的电压U純低于门P艮值U他,控制^^可以引起电转换器

自动转换到牵引4^^模式,其中电转换器^J4^^电网络向供电线传输电能,

限制值Uc3^k严榭氐于门限值U他,

当测量或者估计的电压IU处于P艮制值Uc3^和门限值U他之间的时候, 控制才^^可以才娥在电压IU处于P艮制Uc3油k与门限值U他之间之前转换器所

处的模式使电转换器转换到再生模M牵引力^"模式;

变电站Sk包括用来调整门P艮值Uc3k的^,可以使这个门限M下限 Uc3^k变化到大于或者等于供电线上允许的最大电压Ucmax的90 %的上限

UC3maxk,该调整#*:可以保持门限值11014严格大于测量或者#^十的电压IU, 只要测量或者估计的电压lU的增加^Mt为低t^定门限值a^;

当穿过电转换器的电流强>1^零的时候,调整^可以减小门限值Uc3k到 限制值UC3mink,如果电压IU的增加大于或者等ffl定门限值u;

控制微可以控制电转换器,使^"",慢或者估计的电压IU超过大于

或者等于限制值U C3maxk的门限值U Cmax2k ,电转换器从供电线向配电网,输

^^#时间内尽可能多的电能;

电转换器是受控制的转换器,具有至少两个^艮(quadrant),并^JD半导

体闸流管或者功率晶体管来制造,控制才^:可以控制电转换器来将电压IU维

持在一个恒定的水平,只,电线上产生的电功率或者从供电线吸收的电功率

没有变舰过50%。

回收制动能量的变电站的实施例进一步具有以下的优势:

-选择距离Tk为大于或者等于距离Dk的一半,允"i"吏用相同的标准来定

位用于为融道车辆供电和回收制动能量的变电站,不"^il车辆沿着供电线的

位置:W可。

-选择门限值Uamink低于门限值UdK,并当电压处于这两个门限之间

的时候,给与再生模式^y51,允许变电站的区域z^增加超过区域4。

—械门限值Ue3k接錄大限制Uc3咖xK,允iW^仅倾过供电錄被

车辆之间直接交换能量。

-在电压IU突,加的时候减小门限值Uc3k,允许区域Zfe的范围^^轨

道交通量自动调整并允许被回收的制动能量*在离^1车辆最近的变电站 间。

-控制转换^吏#-旦电压iu超过门限U Cmax2k,弃降电食^w供电线^^可 能多地向配电网雑输,允许限制(clip辨电线上的过电压而^a害4/lil车辆之 间的能量交换。

本发明也涉及沿着具有上迷制动能量回收系统的轨道网络运行的^il车

辆,其中斩道车辆没有位于车辆内部、允许^ii车辆的所有电制动能量以热能 的形式M的车载电阻。

本发明还涉及回收4iii车辆的制动能量的方法,该方法包^:

-提供至少一g电线,其沿着^ii^f申以便向沿着^it^行的4iii车辆 ^^给电能。

-提供多个变电站Sk来回收电制动能量,这些变电站相互之间距离Dk大 于100m,每个变电站Sk^i^接点Pk电连接到供电线并具有电转换器,该电转 换器可以将电^A供电线向配电网,输来回收^il车辆的制动能量,

-^i^接点Pk区域测量或者估计电压IU,

-控制电转换器,以便一S3!']量或者估计的电压lU大于门限值Uc3k,则 使其自动向再生模式转换,在该再生模式中,电转换器连续職电育^v供电线 向配电网^^输来回收4iii车辆的制动能量,使#^个变电站与其自身的制动 能量回收区域Ziu相关联,其中,不管4iii车辆在区域Ztu内的位置:H可,变电 站Sk可以回收该^it车辆的至少一^分制动能量。

制动能量回收区域Ztu为供电线的一个区段【LGfk; LmJ,该区段以点Pk 为中心,其限制值Lctu、 LDlk在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Fk, Fk等于 (UCmax-UC3mink)/(pl,),其中,

U c是供电线上允许的最大非永久电压,

U C3nxink是在旨变电站过程中门限值U0k可以取的最小值,

p是每摊M的供电线的电阻值,

lmax是供电线上的最大允许电流强度,

限制u

C3mink

使得距离Fk大于或者等于Dk/2。 -当^ii车辆在区域4的界限产生制动能量的时候,调整门限值Uak到 限制值lWk。

回收制动能量的方法的实施例可以包f个或者多个以下的优点:

-该方法包M持门限值Uc3k严格大于测量或者估计的电压lU,只要电

压IU的增加##低«定的门限值assk;

_该方法包括减小门P艮值U C3k到限制值Uc3^,如果测量或者估计的电压

IU大于或等预定的门限值u。

本发明还涉及一种数m己录介质,包括当被电子处理^f亍的时候 ^/f亍上述回收制动能量的方法的指令。

附图的简^i兌明

阅读以下给出了非限制性的例子的^兌明以及参考附图将对本发明有更好的

-附图1是具有用于回收制动能量的可逆变电站的系统的抓逸网络的结构 示意图,

-附图2是回收制动能量的方法的流程图,

-附图3-6是显示回收制动能量的方法的##信号时序图。

-附图7U示附图1中的轨道网络的不同的可^^怍区域的图。

^il些附图中,相同的附图相H己用于表甜目同的部件。

在说明书的剩^HP分,^4页域技#员已知的特#功能将不进^#细的 描述。

附图1显示具有用于回收制动能量的系统4的M网络2。

系统4包括"~^或者更多供电线以及沿着这些供电^#分布的多个变电 站。为了简化附图l,仅仅显示了一条供电线6和三个变电站Sw、 Sk、 Sk+1。

下标k表示从变电站SQ开始的每个变电站的序列号,变电站So位于供电线 6的沿着附图1中所示的F方向移动的一端。

供电线6上的电压可以在最大非永久电压UCmax和最小非永久电压UCmin之 间变动。这些最大和最小的限制通常由例如欧洲标准EN50163或者CEI60850 这样的标^)^i行定义。例如,扭种'j子中,对于##电压UCn。m为750Vdc的 供电线,限制U Cmax等于1000Vdc而限制U Cmin等于500Vdc。

每个变电站Sk都与供电线6在连接点Pk连接。点Pk距离点Pk+1的距离是 Dk,距离点Pn的距离是Dk-,。距离Dk也妙电^J'司的距离。距离Dk大于

几百米。这个距离Dk对于变电站Sk来i^够的短,以向其集电弓架位于点Pw 的区域之中的^il车辆供给牵引力。在这种情况下,距离Dk对于标称电压 750Vdc是位于lOOOm和2000m之间,对于##电压3000Vdc可iif,J 20km。

^it种情况下,^牵引指的是这样的事实,即变电站在供电线6上产生 足够的能量来供^Lii车辆的牵引发动机,并因此允许4iil车辆在上述固定的 电压*下移动。

每个变电站Sk与一个牵引條昏区域Ztk相关联。区域Ztu是供电线6的以 Pk为中心点的【Lcek; L她】区段。其n限制值L^、 L她距离点Pk的距离为 Tk, Tk由以下关系式定义:

Tk =(1^8x1^ Cmin)/ (plmax), (1) 其中,

lU^是为了向斩it车辆提供牵引,变电站Sk在Pk点的区域中能产生的最 大牵引电压,

UonM是供电线上的最小允许的非暂时电压,

P是每#狄的供电线6上的和平行"f^者其"馈线"的电阻值,

lmax是供电线6的最:kit^午电流强度。 ^il种情况下每^i^l的电陶皮iM;是每^i"Mt的电阻值。

区域4因此对应于供电线6的一个区段,其中不管辆道车辆在该区域中的

位置:W可,变电站Sk都能向^ii车辆供给牵引。超itF艮制Lctk和L她,每* ^^供电线6上由于电阻而导致的电压下降是这样的:即4绞电站Sk在点Pk 的区域中产生电压U皿^,斩il车辆的集电弓架级的电压可能低于电压UCmin。 4iif车辆可能因此^^itil些限制L^和的时候不再系统地由变电站Sk供 给牵引。

作为例示,U,础大于或者等于Uc。不同的门FMl者限制值在附图7中 显示。这些选择在网络2的结构中被作出因Ab^a斜巨离Tk。接着,距离Dk >^4##于或者略少于距离Tk,这样,不管斩道车辆沿着供电线6的位置4+, 其总是同时位于两个区域4和4+1中。这样的距离Dk的选择允"^果iit^ii车 辆可以被皿电源而不管其沿着供电线6的位置4W可,即4^t一个变电站Sk出 现故障的情况下。

变电站Sk也与制动能量回收区域Z!u相关联。区域Z^是供电线6的一个区

段【Lg(r; LmJ,该区段以点Pk为中心。其限制值Lcfu、 L她与点Pk距离为Fk。 Fk由下列关系式定义:

<formula>formula see original document page 13</formula>(2)

其中,

U cw是供电线6上允许的最大非永久电压, U c3^k是将在以下定义的门限值Uc3k的下限。

^i^^子中,Uc3^选择成小于或者等于UCn。m。辆这样的方式,距

离Fk大于或者等于距离Dk。

例如,P艮制值Uc3mink选择成等于700VdC。

区域Zft是这样的区域,不管4制动的勒道车辆在该区域乙114中的位置如

何,变电站Sk可以从4iii车辆回收制动能量。

徊巨离Fk大于或者等于距离Dk的情况下,因此可以队泉Pk-,的区域中或 者点PkM的区域中j^制动的斩道车辆回收制动能量。这样,即使变电站Sk是 非工作的,变电站Sk-i和S^允许从l/tit车辆回收制动能量,而不管4iil车辆 位于点Pk-i和Pn之间的什么位置。因此可以保证,即4錄个变电站是非工作 的,^it车辆的所有制动能量nUfP肯^皮回收。

所有的变电站Sk^^接到同一^H^巨离配电网络20。 ^ii种情况下,网络 20是A类或者B类高压^f目交流电网。A类或者B类交流高电压^^it种情况 下是指1000 - 50000Vac之间的交流电压。依照专利申请FR2873332的教导, 网络20也可以是^目交流低压网络。在这种情况下,^f目交流^^是指低于 1000Vac的电压。典型地,这个^目交流^a网^4f是B类或者BTB类的^^a 网络,逸^61说,交流电压是500到1000Vac之间。

这种情况下,所有的变电站Sk^目之间是等同的,附图l中仅仅示出了变 电站Sk。

变电站Sk包括四fJ^f"换器30,其一端连接到网络20,另一端连接到供 电线6上的点Pk。转换器30能够对网络20的^目电压进行整流以便向供电线 6提供经过整流的在U皿威和U c^之间的连续电压。转换器30还可以对供电

线6上出现的M电压进^^变以便向网络20提供M个Um一和U onta之间

的持续电压形成的^目电压。转换器30可以在10ms内从其作为整流器的模式 转换到其作为逆变器的模M者反之亦然以便防止车辆的制动损失。

为了这样的目的,转换器30例如由一个并^^逆变器的整^#形成。M 种情况下,整»"是一个由半*闸流管或者例如IGBT晶体管(绝^** 晶体管)的功率晶体管制造的受控整^#。受控整;«^允许在供电线6上产生 固定电压750Vdc,即使^it过供电线6的电负栽的功率消耗的变化多于50%的 情况下。

逆变器允许最多等于门限值Ifc^的持续电流Ik被吸^^it种情况下, 大于或者等于Imax。这个电流Ik在其穿过转换器30从存、Pk向网络20移动的时 ^^JL的。拟目反的情况下电流Ik是负的。

转换器30是可以控制的转换器。为了这样的目的,变电站Sk包M制单 元32,可以控制转换器30来使其作为整流器或者逆变器^M^f^。单元32 也允许在点Pk的区域提供或者吸收的电压Uss^皮控制为值U^。为了这样的目 的,变电站Sk包M测电流Ik的强度的传感器34以及检测点Pk的区域中的电 压U^的传感器36。

更精确的, 一旦测量的电压lU大于门限值Uc3k,单元32可以使转换器30 转换到再生模^者电能回收模式。 一旦电压IU小于门限值U他,单元32还 可以自动使转换器30转换到牵引^"模式。例如,门限UdK小于或者等于Uc,。

变电站Sk也包^^: 40来^^、测量的电压IU来调整门限值Uak的值。

单元32 g块40例如由可编禾狄理器42产生,可编考l^t理器42可以执 ^i己^与该处理器连接的^(t器44中的命令。为了这样的目的,,器44 ^Eil种情况下包^ff附图2的方法的命^s ^:种情况下使用的限制#门 限的不同值。

系统2还包括沿着^tii 47运动的^il车辆46。车辆46通过集电弓架48 电气连接到供电线6。集电弓架48允许从供电线6收集电能^W^车辆46的车 载电转换器49的入口 。转换器49可以M过集电弓架48获得的持续电压转换 为用于牵引马达50的^目电压源。马达50例如是同步或者异步马达。马达50可 以驱动车辆46的车轮旋转。马达50可作为发电WMt以便制动车辆46。 M 种情况下,转换器49能够作为整流»怍以便将制动能量返回给供电线6。

转换器49是可以由控制单元51控制的转换器。控制单元51可以根据在集 电弓架48的区域中通过传感器52测量的电压UT来旨转换器49。为了此目 的,单元51可以#4&测量的电压Ur来启动从供电线6电^i^电动车辆46。

车辆46没有以热量形式来散失由马达50当^Mt作为发电机时产生的所 有制动能量的车载制动电阻或者可变电阻器。

系统4的,将参考附图2的方法来^^to

开始的时候,在步骤54,门限Uc3k的值设置为等于其上限Uc3m^。其上限 Uc3n^处于0.9Uc到Uc,之间。例如,^il种情况下,限制Uc3m滅等于

950Vdc。

接着在步骤56中,电流强度Ik和电压lU被持久测量。 变电站Sk同时进行到阶段57来调整门限Uc3k的值以;5Ui行到阶段58 ^ 制转换器30。

在阶段57开始的时候,在步骤60中,单元40检验电流强度Ik是否为零。 如果是的话,模块40前彭1〗步骤62来将测量的电压IU对于时间的导数dlU/dt 和预定的门限值a^进行Hs^。例如,门限值a^大于或者等于10V/s。

如果导数dlU/dt的值大于门限a^,在步骤64中,只要以下两^H^中的 一个不满足,^40i^减小门限Uc3k的值:

1) 电压Uc3k的值已经到iiF艮制U C3mink, 或者

2) 电流强度Ik不等于零。

如^Ji述的糾1)满足,在步骤66中,门限Uc3k的值被再次初始化为值 Uc3maxk,方法返回到步骤60。

如U述的糾2)产生时,步骤64立即中断,并M法回到步骤60。 例如,当辆道车辆在区域Zfc中开始制动,而在附近没有可以消耗该车辆的 制动能量的^^ii车辆时,步骤64被IM亍。^il种情况下,供电线6上制动 能量的产生作为电压IU的突,加(也^B兑,斜率大于门限a^的增加)而

变得非常明显。门限u c3k值响应于这种突自加而减少的事实允许iM^t加的

电压lU被抵消因此允许lfetA^。

当制动能量由位于区域Zfl^"卜的^it车辆产生的时候,步骤66被^f亍。

^it种情况下,为了舰不同^1车辆之间的直接能量交换,门限Uc3k的值被

重新初始化到值U C3maxk。直接能量交^1指仅由供电线实现的两个^it车辆之 间的电能交换。

如果"Htdl^k/dt—格地小于门限a^,在歩驟68中,模块40^ii^ 数dlU/dt是否严格大于零。如果是这样的话,在步骤70中,门限Uc3k值被固^;等于测量的电压lU的働。JiiE的常l!tAUc3k。常贴Uc3k很小,逸狄

说,例如,小于(UCmax-UCmin)/10。

步骤70允许门限值Uc3k^^为略大于测量的电压IU,只要电压U她緩lt 增加。这种情^^型^(^^应于区域2^中的^il车辆的制动能j7f^外一个牵引 操怍的執道车辆至少部分消耗的情况。门限11«^被##接近于电压IU的事实 允许在电压IU突,加的情况下进行lfel^应。

如果导数dlU/dt的值小于或者等于零,在步骤72中,门限11014的值被再

次初始顿Uc3maxk。

如果制动能*#_^^1车辆4^消耗,^ff^骤72。 ^it种情况下,门 限Uak的值被再次初始^J!]值UCmaxk的事实^ii不同^it车辆之间的直接能量 交换。

在步骤60中,如果测量的电流强度Ik不等于零,在步骤74中,门限Uc3k 的值被M等于测量的电压IU的值减去预定的正的常数。在这种情况下,例 如,预^i常数如同在步骤70中一样被^^等于厶Uc3k。

接着,在步骤76中,电流强度Ik与零銜目t嫩。如果电流强度Ik严格J、于 零,在步骤78中,门限Uc3k的值再次初始^^值U

在步骤78之后,方法转回到步骤60。

如果情^4目反,也«_说,如果电流强度Ik严格大于零,方法直接返回到 步骤60。

在阶段58开始的时候,在步骤卯中,测量的电压IU与门限Uc3k相tb^。 如果电压lU大于门限Uc3k,在步骤91中,单元32 t嫩电压U她与门限Uo^。

门限Ucm^大于或者等于限制Uc3maxU,小于或者等于UCmax。例如,^it种情 况下,门限Ucmax2^i^择为等于Ucmax。

如果电压lU小于门限Ucmax2,在步骤92中,单元32使转换器转换到再

生模鎮者##其处于该模式。更M的,在步骤92中,单元32控制转换器 30以使其作为逆变器来辦。另外,在步骤92中,单元32控制转换器30,使 得,测量的电压IU保持为恒定水平。

以这种方式,在步骤92中,制动能量从供电线6传输到网络20,电压IU 被##在恒定水平。只要转换器30在再生模式中操怍,电压1^被##为恒定 水平。这样,当^it车辆46停止产生制动能量时,电压IU下降。 如絲步骤91中,电压lU大于门限Ucm^,在步骤93中,单元32控制

转换器30,使得其吸錄大可能的电功率。这样,步骤93允i械电线6上的过 电压餘制。

在步骤92或者93^,方法返回到步骤90。

如果测量的电压lU严格h于门限Uc3k,在步骤94中,单元32命4^亭止 量通过转换器30从供电线6向网络20传输能量。

接着,在步骤96中电压IU与门限U他H^。如果测量的电压IU严U、 于门限Udk,转换器转换到或者^#在牵引^^模式。更精确的,在步骤98中, 单元32控制转换器30,以使麟为整流H^t。例如,门限U他:lfe4择为等于

Ucnom«

jtb^卜,在步骤98中,单元32控制转换器30,以便以等于电压Uc,的持 续电压的形式将来自网络20的能量供应g电线6。

如果情;W目反,也^1说,如果测量的电压Ussk大于门限Udu,在步骤IOO 中,转换器30作为整流器的,被停止。以这种方式,在步骤100中,不通过 转换器30在网络20和供电线6之间^能量交换。

^l方法中,转换器转换到再生模錄者到牵引^"模iU^在10ms以内实 现的。

附图3到6显示了在系统2的操怍期间不同信号作为时间函数的M。 更M的,附图3显示了由车辆46产生的制动能量。 附图4显示了由出l^与车辆46相同的区域Zik中的第4辆产生的制动 能量。

附图5显示门限Uc3k和电压lUtt时间的g

最终,附图6显示作为时间函数的通过变电站Sk的转换器30的电流强度Ik。

开始的时候,如附图5所示,门限Uc3k的值等于Uc3m威。

在时间b,车辆46产生制动能量。作为电压IU的突,加这变得非常明

显。电压lU的突然增加引起了门限值Uc3k的值的减小。当电压IU大于门限

Ue3k,单元32控制转换器30,使得辦为逆变器来辦。由车辆46产生的制 动能量从供电线6传输到网络20,电流Ik为正。

在时间b,车辆46停止制动。作为电压IU的减小这立刻变得非常明显。

电压因此变得小于门限Uc3k,当转换器30停止作为逆变WMt的时候变得 非常明显。

当电压IU低于门限Udk的时候,单元32控制转换器30来使,为整流器 IMt。通过转换器30的电流因此是负的。负的电流强度Ik使得门限值Uc3k重

置为Uc3maxk。

因此,在时间b,变电站向车辆46提供电能。

在时间b,车辆46开始再次制动并产生制动能量。但是,St^f^,同时 在车辆46附近的第二4^i车辆被提供牵引。这样,车辆46的至少部分制动能 量通过供电线6 ^Jl接发彭,J为了运行而消耗能量的第^"辆。该能量因jH^皮 传输到第二车辆而不通过变电站。因此,由车辆46的制动能量引起的电压IU

的增加很低。^il些情况下,门限Uc3k的值被调整到略大于测量的电压lU的值。

在时间t4,车辆46停止制动。电压IU下降。电压lU的下降使门P艮值Uc3k 重置为限制Uamaxk。

^il种情^U^述的例子中,应当注意到时间t3和tj之间,仅仅车辆46对利 用牵引操作的第4辆提供能量。变电站Sk本身^^f壬何的能量也不消耗任 何能量。

在时间ts,电压IU变的低于门限Udu。单元32命4^#换器30作为整流器 •,来为^il车辆46供电。电流Ik变为负的。

在时间t6,车辆46开始再次制动。也假i5^该时间,第二车辆消耗供电线 6上的能量以便运行。因此,如已錄时间t3和tj之间所示,电压IU緩I1增加 而门限值11014##^高于测量的电压IU。

在时间t7,假i錄二车辆开始制动。作为电压lU的突,加it^得明显。 电压IU因此变得大于门限Uak而转换器30开始作为逆变H^ft。电流Ik变 为正的。门限Uc3k^MW氐于电压U由

但是,假i5^it种情况下,因为两个^ii车辆同时在区域ZfK中制动,通过 转换器30的电流Ik到ii^大值L,,这样转换器30不能吸收由两个^ii车辆 同时产生的制动能量。电压IU因jtb^续急剧增加。电压UU的这种急剧增加 也作为电压和电压Ussk+1在点Pw和Pk+1区域的急剧增加变得明显。这样, 变电站S k4和Sk+1的门限Uc3w和Uak+1制氐。

在点Pk的区域中的电压IU到达电压Uc之前,点P^或Pk+1区域中的 电压1^w或电压1^+1超出了相应的变电站的门限Uc3^或Uak+1。变电站因此 开始^^供电线6向网络20传齡,]动能量。itA以停止电压IU的增加并因此保 持期氐于或者等于电压Uc,。

在时间ts,车辆46和第Jl4"辆同时停止制动。电压IU急剧下降并变^^氐 于门限Uc3k。变电站Sk的转换器30立即停iU/v供电线6向网络20传输制动能

量。电流强度Ik因踏次变为零。接着,电压lU的减少导致门限值Uc3k重置 为Uc3maxk。

如参考附图3和6所述的,例子所示,系统4同时允许: -所有的制动能量从4iii车辆被回收,

—^ii^M:车辆之间的直接能量交换, -制动动力被多个连续的变电站共享。

附图7中显示了系统4的M可能的^t模式。在该图中,右侧纵轴包括

门限Uc醒和Ucmin以及标浙、电压Uc画。右侧轴包括变电站中德的门限,也 狄,UCmax2, Uamaxk, Udk和Uc3油k。 7jC平线150、 152和154各自^!i门限 Ucmax 、 Udk和Ucmin 。

在图^Ji,门限值Uc3k的值的狄由斜线156絲示。这个图狄义了四 个可能的操怍区域160, 162, 164和166。

区域160位于线150之下,线156和152之上。当电压U純在区域160中 时,变电站作为发电才/lil者制动能量回^l4^置来^t。

区域162位于线156和152之间。当电压U^在区域162中,变电站的转 换器既不在再生模式,也不在牵引^^模式。这样,区域162对应于一个旨 区域,在该区域中,^i车辆的制动負^fet过供电线直Mi^另一^it车辆。

区域164位于线152和156之下,以及线154之上。当电压U^位于区域 164中时,它低于门限值Udu以使得变电器的转换器在牵引供给模式下辦。

最终,区域166位于线152之下和线156 ^Ji。当电压IU位于区域166

中,其低于门限D他并大于P艮制Uc3n^。 ^it个区域中,可以因此使转换器在

牵引供给模式或者再生模式工作。在附图3中的方法中,选躲予再生模式优 IK,这样,当电压IU处于区域166中,变电站的转换器系鍵itk^入再生模 式。但是,^^ft模式也是可能的。也可以决定给予牵引供给模式优狄,

这样,当电压U姚在区域166中时,变电站Sk的转换器系^k^^^牵引^ 模式。

最终,在他逸的方式中,当电压lU在区域166中时变电站Sk的转换器的 辦模W峰在电压lUiiX^区域166之前转换器所处的模式^i^择。例如, 如果电压lUi^'J区域166之前在区域160中,变电站的转换器的模式g 持在再生模式,即^f組区域166中。如果情^U目反,如果电压lUi^A^区域 166之前在区域164中,即使当电压IU返回到区域166,牵引#^^1式###。

^f其他的实施例也是可能的,例如,转换器30可以以由功率晶体管制造 的可控逆变器/整流器的形式来生产。^it样的实施例中,相同的功率晶体管用

于对电压整j;^者对电压逆变。

在一个变形中,上述的内容应用于通过静态AC/AC转换H^给交流电流的 悬m。这种静态转换器必须被控制,以^UL许能量从网络20向供电线6交换 以"^^之亦然。能量的转换因此不是自然的。

^il^N子中,转换器30被描述为一个四^IU^换器。在一个变形中,转 换器30U少具有两个象限的转换器,允许电流Ik的方向反转。最终,不需要 反转电压Ussk的极性。

门限U他和限制Uc3^k可以分别严格大于Uc并严格卜于Uc。

在一个变形中,变电站Sk可以^目交换数据,变电站Sk分别都^^^M 他变电^jt^的数据来调整^自的门限值U0k。

附图3到6所示的M模式仅^50l示意的简化例子。当然,门限lJbk的调 整可以被优化,已经描述的内容可以适用于必须回收多于两个^it车辆的制动

能量的情况。以相同的方式,电制动負&量可以^yo^^ii回收也可以从下坡轨

道回收。

Claims (14)

1、一种用于回收轨道车辆的制动能量的系统,该系统包括: -至少一条供电线(6),沿着轨道延伸以便向在该轨道上运行的轨道车辆供给电能, -用于回收制动能量的多个变电站Sk,这些变电站相互之间的间隔距离Dk大于100m,每个变电站Sk在连接点Pk处与供电线电连接并设置有: 电转换器(30),能够将电能从供电线(6)传输到配电网络(20)以便回收轨道车辆的制动能量, 用于连接点Pk的区域中的电压Ussk的传感器(36)或者估计器, 用于控制电转换器的模块(32),只要测量或者估计的电压Ussk大于门限值UC3k,该模块能够使电转换器自动转换到再生模式,在该再生模式中,电转换器持续地将电能从供电线传输到配电网络来回收轨道车辆的制动能量,这样每个变电站都与其各自的制动能量回收区域Zfk相关联,其中,不管轨道车辆在该区域Zfk内的位置如何,变电站Sk都能回收这个轨道车辆的至少一部分制动能量, 制动能量回收区域Zfk被设定为供电线(6)的一个区段[LGfk;LDfk],该区段以点Pk为中心,其限制LGfk、LDfk在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Fk,Fk等于(UCmax-UC3mink)/(ρlmax),其中, UCmax是供电线上允许的最大非永久电压, UC3mink是门限值UC3k在操作变电站过程中所取的最小值, ρ是每单位长度的供电线的电阻值, lmax是供电线上的最大允许电流强度, 其特征在于,限制值UC3mink使得距离Fk大于或者等于Dk/2。
2、 ^H5^yMU所述的系统,^#棘于,限制值Uc3油k使得距离Fk大 于或者等于Dk。
3、 一种能够用于前面任何一项^,J^求所述的系统的回收Mil车辆的制动 能量的变电站Sk,该变电站能够与供电线在点Pk电连接,并具有:-电转换器(30 ),能够将电肯fe^供电线(6)传输到配电网^(20)以便回收 4iil车辆的制动能量, 用于连接点Pk的区域中的电压lU的传感器(36)或者^i十器, 用于控制电4^换器的^: (32 ),只要测量或者估计的电压IU大于门限值 Uc3k,该微能喻吏电转换器自动转换到再生模式,在该再生模式中,电转换 ^#^*电^^供电线传输到配电网络来回收^1车辆的制动能量,这, 个变电站都与其各自的制动能量回收区域ZW相关联,其中,不管勒il车辆在该 区域Ztk内的位置M,变电站Sk都能回收这个4iii车辆的至少-"^分制动能 量,制动能量回收区域Zft被i议为供电线(6)的一个区^[L^; LmJ,该区 段以点Pk为中心,其P艮制Lgao LDfk在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Fk, Fk等于(Uc,-Uc3咖k)/(pl^),其中,Uc隨是供电线上允许的最大非永久电压,U C3^k是门限值Uc3k在辦变电站i^呈中所取的最小值,p是每^N立"^的供电线的电阻值,Ux是供电线上的最^i午电流强泉^#絲于,限制值U C3mink使得距离Fk大于或者等于Dk/2或者Dk。
4、 ^ayMu所述的变电站,^Hr棘于,电转换器(30)能够将电肯^g己电网络(20)传输到供电线(6)来向4iil车 辆提供牵引力,使得变电站Sk也与用于向^il车辆^^引的区域ZtK相关联,不管斩道车辆在区域z&中的位置如何,变电站Sk能够向斩ii车辆的电牵引马 ii4^供电能,牵引條区域4为供电线的以Pk为中心的[LGtu; LmJ区段,其限制Lg也、L她在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Tk, Tk等于(U皿a^Uonin)/ ( Plmax ),其中:U,xkA^ 了向^il车辆提供牵引,变电站Sk的电转换器在Pk点的区域中 能产生的最大电压,Uonin是供电线上的最小允许的非永久电压,限制值Us一使得距离Tk大于或者等于Dk/2或者Dk。
5、 :iMW溪求4所述的变电站,^4HiE^于:只要测量或者伶计的电压IU低于门限值Udu,控制自32)能够使电转换 孰30)自动转换到牵引供给模式,其中电转换^(30)连续ilkAS己电网络向供电线 传输电能,限制值Uc3油k严樹氐于门限值U他,当测量或者估计的电压IU处于限制值Uc3^和门限值Udk之间的时候, 控制模块能够按照电压Ussk处于限制U C3^k和门限值U他之间^L"t^^换器所处的模式,使电转换器切换到再生模式或者牵引^^模式。
6、 才娥4W】要求3到5中的^^一项所述的变电站,^ft絲于, 变电站Sk包括用于调整门P艮值Uc3k的模块(40 ),该模块能够使这个门限M下限Ua^k变^J)J大于或者等于最大值UCmax的90 %的上限Uc3maxk,只要 测量或者估计的电压lU的增加低于预定门限值a^,该调整模块(40)能,持门限值Uc3k严格大于测量或者^i十的电压Ussk圍
7、 ^M,凌求6所述的变电站,^#絲于7当穿过电转换器的电流强度 是零的时候,如果电压lU的增加大于或者等于预定门P艮值a^,调整模块(40)能够将门限值Uc3k减小到限制Uc3幽k。
8、 如权利要求6或7所述的变电站,^#棘于:控制微(32)能够控 制电转换器,使得只要测量或者估计的电压IU超过大于或者等于限制Uc3^ 的门限值U Cmax2k,电转换器M^供电线(6)向配电网络(20)传输每#时间 内最多可能的电肯霞
9、 ^^'J^求3到8中的《^T一项所述的变电站,^#棘于:电转换器 (30)是受控制的转换器,具有至少两个象P艮,射^1半#闸流管或者功率晶体管来制造,只,电线上产生的电功率或者从供电线吸收的电功率没有变 4^^过50%,控制才狭(32)能够控制电转换器来将电压IU维持在一个恒定 的水平。
10、 一种在具有##权矛^"求1或2的制动能量回收系统的M网络Ji^ 行的^il车辆(46), ^#絲于,所述4ftil车辆没有位于该车辆内部的、允许 该4/tii车辆的所有电制动能量以热能的形式耗散的车栽可变电阻。
11、 ^t用于回收^il车辆的制动能量的方法,该方法包拾 -提供至少一条沿着^ilX伸的供电线,以便向在该4iiiJiit行的4iii车辆4^给电能,-提供多个变电站Sk来回收电制动能量,这些变电站相互之间的间隔距离 Dk大于100m,每个变电站Sk^i^接点Pk连接到供电线并具有电转换器,该电 转换器能够将电^A供电线向配电网*输来回收^1:车辆的制动能量,-^i^接点Pk的区域测量(56)或者估计电压IU,-控制(92)电转换器,只要测量或者估计的电压lU大于门限值Uc3k, 使得电转换器自动转换到再生模式,在该再生模式中,电转换^#续*电能 从供电线传输到配电网络来回收^ii车辆的制动能量,it^r个变电站都与其 各自的制动能量回收区域Zfc相关联,其中,不管轨道车辆在该区域Zfc内的位 置如何,变电站Sk都能回收这个^il车辆的至少""^分制动能量,制动能量回收区域ZtK设定为供电线(6)的一个区^a[L^; LmJ,该区段 以点Pk为中心,其限制L^、 L她在点Pk的一侧和另一侧的间隔距离为Fk, Fk等于(UCmax一 Uc3n^k)/ (pUx),其中, 是供电线上允许的最大非永久电压, U C3Mink是门P艮值Uak在辦变电站过程中所取的最小值, P ^1"^#^的供电线的电阻值, lmax是供电线上的最大允许电流强度, 限制U C3n^^吏得距离Fk大于或者等于Dk/2,-当^1车辆在区域2&的限制处产生制动能量的时候,调整(64)门P艮值Uc3k到限制值UC3mink0
12、 ^^U,J要求11所述的方法,其特征在于:该方法包括,只要电压U純 的增加低ffi定门限值U, ^#(70)门限值Uc3k的W^格大于测量或者估 计的电压IU。
13、 :iw^,J^求11或12所述的方法,其特征在于:该方法包括,如果测 量或者估计的电压lU的增加大于或者等,定门限值a^,减小(64)门限值Uc3k到限制Uc^。
14、 一种数粉己录介质(44),其特征在于其包括当被电子处理器(42 )执 ^^时候实翻^i权利要求11到13中任一项所述方法的指令。
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